RU2260466C1

RU2260466C1 - Film apparatus

Info

Publication number: RU2260466C1
Application number: RU2004135150/15A
Authority: RU
Inventors: Н.А. Войнов (RU); Н.А. Войнов; Н.А. Еременко (RU); Н.А. Еременко; А.Н. Войнов (RU); А.Н. Войнов
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2004-12-01
Publication date: 2005-09-20

Abstract

FIELD: apparatus for performing heat- and mass-exchange processes in gas-liquid systems; chemical, food-processing and microbiological industries.

SUBSTANCE: proposed apparatus has housing, horizontal partitions, contact tubes fitted with distributing branch pipes and helical spirals. Mounted in between horizontal partitions forming the gas inlet chamber coaxially with contact tubes and distributing branch pipes secured on lower horizontal partition are gas-and-liquid distributors consisting of plates located radially relative to distributing branch pipes forming slots for flow of gas. Upper end faces of plates are provided with blank secured on horizontal partition; lower ends of plates are lowered into circular clearance formed by inner surface of contact tube and outer surface of distributing branch pipe; at least two plates located near each other are provided with inserts at side end faces which form passage for liquid together with plates; this passage is communicated with chamber for introducing the liquid through holes made in blank. Side surfaces of distributing branch pipes have holes for flow of liquid. Plates of gas-and-liquid distributor are mounted tangentially relative to side surface of distributing branch pipe.

EFFECT: smooth distribution of liquid over perimeter of contact tubes; increased area of passage of liquid into circular clearance; avoidance of deposits on surfaces of distributing branch pipes.

3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к аппаратам для проведения тепло- и массообменных процессов в системе газ-жидкость и может найти применение в химической, пищевой и микробиологической промышленности.The invention relates to apparatus for carrying out heat and mass transfer processes in a gas-liquid system and may find application in the chemical, food and microbiological industries.

Известен аппарат, содержащий корпус со штуцерами, разделенный горизонтальными перегородками на секции для ввода и вывода жидкости, газа, теплообменную секцию, через которую пропущены цилиндрические пористые трубы, снабженные распределителями жидкости и винтовой полой перфорированной спиралью [1].A known apparatus comprising a housing with fittings, divided by horizontal partitions into sections for input and output of liquid, gas, a heat exchange section through which cylindrical porous pipes equipped with liquid distributors and a screw hollow perforated spiral [1] are passed.

Указанный аппарат металлоемок и обладает недостаточно высокой эффективностью за счет неравномерного распределения жидкости на верхней горизонтальной перегородке из-за наличия распределителей жидкости (выполненных в виде цилиндрических труб), оказывающих сопротивление для прохода жидкости по секции для ввода жидкости.The specified apparatus is metal-intensive and does not have high enough efficiency due to the uneven distribution of liquid on the upper horizontal partition due to the presence of liquid distributors (made in the form of cylindrical pipes) that resist the passage of liquid through the liquid inlet section.

Наиболее близким по технической сущности является пленочный аппарат, состоящий из корпуса, разделенного горизонтальными перегородками на камеры для ввода и вывода жидкости, газа, через которые пропущены контактные трубы, имеющие в верхней части распределительные патрубки, размещенные в них с кольцевым зазором. Верхний конец распределительного патрубка отогнут и герметично присоединен к поверхности трубы, причем полость распределительного патрубка сообщена с полостью камеры для ввода газа, а на поверхности контактных труб ниже горизонтальных перегородок выполнены сквозные прорези с отогнутой кромкой [2].The closest in technical essence is a film apparatus, consisting of a housing divided by horizontal partitions into chambers for the input and output of liquid, gas, through which contact pipes are passed, having distribution pipes in the upper part placed in them with an annular gap. The upper end of the distribution pipe is bent and hermetically attached to the pipe surface, the cavity of the distribution pipe communicating with the cavity of the chamber for introducing gas, and on the surface of the contact pipes below the horizontal partitions, through slots with a bent edge are made [2].

Указанный аппарат имеет небольшую продолжительность работы, низкую эффективность и производительность по жидкости.The specified apparatus has a short duration, low efficiency and liquid performance.

Небольшая продолжительность работы, особенно при использовании вязких, образующих отложения, жидкостей (суспензий), вызвана накоплением отложений на верхней отогнутой части распределительных патрубков и последующим заполнением осадком кольцевого зазора, что не позволяет обеспечить пленочное течение жидкости и приводит к остановке аппарата на очистку, которая, кроме того, затруднена из-за герметичного присоединения патрубков к контактным трубам.The short duration of the operation, especially when using viscous, sediment-forming liquids (suspensions), is caused by the accumulation of deposits on the upper bent part of the distribution pipes and the subsequent filling of the annular gap by the sediment, which does not allow for a film-like flow of liquid and stops the apparatus for cleaning, which, In addition, it is difficult due to the tight connection of the nozzles to the contact pipes.

Низкая эффективность аппарата (низкая массоотдача в пленке жидкости (невысокое насыщение жидкости газом)) обусловлена неравномерным распределением жидкости по внутренней поверхности контактных труб из-за неравномерного ввода жидкости в кольцевой зазор (часть зазора перекрывает отогнутая часть распределительного патрубка) и образованием отложений в кольцевом зазоре на наружной поверхности контактных труб под отогнутой частью распределительных патрубков, что вызывает струйное течение жидкости (вместо пленочного), при котором, как известно, интенсивность переноса тепла и массы существенно ниже.The low efficiency of the apparatus (low mass transfer in the liquid film (low saturation of the liquid with gas)) is caused by the uneven distribution of liquid on the inner surface of the contact tubes due to the uneven introduction of liquid into the annular gap (part of the gap overlaps the bent part of the distribution pipe) and deposits are formed in the annular gap at the outer surface of the contact tubes under the bent portion of the distribution pipes, which causes a jet stream of liquid (instead of film), in which, as estno, the intensity of the heat and mass transport is significantly lower.

Небольшой расход жидкости через аппарат обусловлен малой площадью прохода жидкости в кольцевой зазор, обусловленный наличием отогнутой части в распределительных патрубках, которая перекрывает проход для жидкости в кольцевой зазор.The small flow rate of the liquid through the apparatus is due to the small area of fluid passage into the annular gap, due to the presence of a bent portion in the distribution pipes, which closes the fluid passage to the annular gap.

Задачей заявляемого пленочного аппарата является увеличение продолжительности работы аппарата, его производительности по жидкости и эффективности массообмена.The objective of the claimed film apparatus is to increase the duration of the apparatus, its fluid performance and mass transfer efficiency.

Технический результат заключается в более равномерном распределении жидкости по периметру контактных труб, увеличении площади прохода жидкости в кольцевой зазор и увеличении зон контакта газа с жидкостью, а также устранении образования отложений на поверхности распределительных патрубков.The technical result consists in a more uniform distribution of fluid along the perimeter of the contact tubes, increasing the area of fluid passage into the annular gap and increasing the zones of gas-liquid contact, as well as eliminating the formation of deposits on the surface of the distribution pipes.

Для достижения указанной цели в пленочном аппарате, состоящем из корпуса с технологическими штуцерами, разделенного горизонтальными перегородками на камеры для ввода и вывода жидкости и газа, контактных труб, снабженных распределительными патрубками и винтовыми спиралями; согласно изобретению между горизонтальными перегородками, образующими камеру для ввода газа соосно с контактными трубами и распределительными патрубками, закрепленными на нижней горизонтальной перегородке, установлены газожидкостные распределители, состоящие из пластин, размещенных радиально распределительным патрубкам с образованием щелей для прохода газа. Верхние торцы пластин снабжены заглушкой, закрепленной на горизонтальной перегородке, а нижние концы пластин опущены в кольцевой зазор, образованный внутренней поверхностью контактной трубы и наружной поверхностью распределительного патрубка, причем хотя бы две рядом стоящие пластины снабжены с боковых торцов вставками, образующими совместно с пластинами канал для прохода жидкости, полость которого сообщена с камерой для ввода жидкости через отверстия, выполненные в заглушке.To achieve this goal in a film apparatus, consisting of a housing with technological fittings, divided by horizontal partitions into chambers for input and output of liquid and gas, contact tubes equipped with distribution pipes and screw spirals; according to the invention, gas-liquid distributors are installed between the horizontal partitions forming the chamber for introducing gas coaxially with the contact pipes and distribution pipes fixed to the lower horizontal partition, consisting of plates placed radially to the distribution pipes to form slots for gas passage. The upper ends of the plates are equipped with a plug fixed to the horizontal partition, and the lower ends of the plates are lowered into the annular gap formed by the inner surface of the contact tube and the outer surface of the distribution pipe, and at least two adjacent plates are provided with side inserts that form a channel for the passage of fluid, the cavity of which is in communication with the chamber for introducing fluid through openings made in the plug.

На боковой поверхности распределительных патрубков выполнены отверстия для прохода жидкости в их полость.On the side surface of the distribution pipes, holes are made for the passage of fluid into their cavity.

Пластины газожидкостного распределителя установлены тангенциально относительно боковой поверхности распределительного патрубка.The gas-liquid distributor plates are installed tangentially relative to the side surface of the distribution pipe.

Размещение между горизонтальными перегородками, образующими камеру для ввода газа соосно с контактными трубами и распределительными патрубками, закрепленными на нижней горизонтальной перегородке газожидкостных распределителей, состоящих из пластин, размещенных радиально распределительным патрубкам с образованием щелей для прохода газа, у которых верхние торцы пластин закрыты заглушкой, закрепленной на горизонтальной перегородке, а нижние концы пластин опущены в кольцевой зазор, образованный внутренней поверхностью контактной трубы и наружной поверхностью распределительного патрубка, а также размещение вставок на боковых торцах пластин, хотя бы у двух рядом стоящих пластин, с образованием совместно с пластинами канала для прохода жидкости, полость которого сообщена с камерой для ввода жидкости через отверстия, выполненные в заглушке, увеличивает продолжительность работы аппарата, производительность по жидкости и эффективность массообмена.Placement between horizontal partitions forming a gas inlet chamber coaxially with contact pipes and distribution nozzles fixed to the lower horizontal partition of gas-liquid distributors consisting of plates placed radially to distribution nozzles with the formation of slots for gas passage, in which the upper ends of the plates are closed by a plug fixed on the horizontal partition, and the lower ends of the plates are lowered into the annular gap formed by the inner surface of the contact tr the outer surface of the distribution pipe, as well as the placement of inserts on the side ends of the plates, at least for two adjacent plates, with the formation of a channel for the passage of fluid together with the plates, the cavity of which is in communication with the chamber for introducing fluid through the holes made in the plug, increases the duration of the apparatus, liquid performance and mass transfer efficiency.

Увеличение продолжительности работы пленочного аппарата заключается в отсутствии застойных зон в каналах для прохода жидкости, что препятствует накоплению отложений на боковой поверхности распределительных патрубков и устраняется забивание каналов для прохода жидкости (тогда как в аппарате, принятом за прототип, застойной зоной является отогнутая часть распределительного патрубка, на которой, как показала практика, скапливаются отложения).The increase in the duration of the film apparatus consists in the absence of stagnant zones in the channels for the passage of liquid, which prevents the accumulation of deposits on the side surface of the distribution pipes and eliminates clogging of the channels for the passage of liquid (whereas in the apparatus adopted for the prototype, the stagnant zone is the bent part of the distribution pipe, on which, as practice has shown, deposits accumulate).

Повышение производительности по жидкости обусловлено увеличением площади каналов для прохода жидкости, которые также можно выполнить сравнительно большими (в аппарате, взятом за прототип, кольцевой зазор, через который подводится жидкость, перекрыт отогнутой частью распределительного патрубка, что существенно снижает производительность по жидкости).The increase in liquid productivity is due to the increase in the area of channels for the passage of liquid, which can also be made relatively large (in the apparatus taken as a prototype, the annular gap through which the liquid is supplied is blocked by the bent part of the distribution pipe, which significantly reduces the liquid productivity).

Увеличение эффективности массообмена (высокое насыщение жидкости газом) вызвано равномерным распределением жидкости по внутренней поверхности контактных труб, дополнительной зоной контакта газа с жидкостью, образованной в полости распределительного патрубка, и обеспечением вращательно-поступательного движения газа (в случае размещения пластин газожидкостного распределителя тангенциально относительно боковой поверхности распределительного патрубка).The increase in mass transfer efficiency (high gas saturation of the liquid) is caused by a uniform distribution of liquid on the inner surface of the contact tubes, an additional zone of gas-liquid contact formed in the cavity of the distribution pipe, and the provision of rotational-translational movement of gas (in the case of placement of plates of a gas-liquid distributor tangentially relative to the side surface distribution pipe).

Закрепление контактных труб и распределительных патрубков на нижней горизонтальной перегородке позволяет разместить газожидкостный распределитель в камере для ввода газа и создать щели для прохода газа и каналы для прохода жидкости, обеспечивая тем самым подвод газа в контактные трубы и беспрепятственный проход жидкости и устранить тем самым накопление отложений на боковой поверхности распределительных патрубков, увеличить производительность по жидкости, продолжительность работы аппарата. Размещение пластин в устройстве для распределения жидкости и газа тангенциально распределительным патрубкам обеспечивает вращательно-поступательное движение газа, а также равномерное распределение жидкости на поверхности контактной трубы на выходе из кольцевого зазора, что увеличивает эффективность массообмена (положительное, интенсифицирующее влияние вращательно-поступательного движения газа на процесс массообмена общеизвестно).Fixing the contact pipes and distribution pipes on the lower horizontal partition allows you to place the gas-liquid distributor in the gas inlet chamber and create slots for the gas passage and channels for the passage of liquid, thereby providing gas supply to the contact pipes and unhindered passage of the liquid and thereby eliminate the accumulation of deposits on the side surface of the distribution pipes, increase fluid productivity, the duration of the apparatus. Placing the plates in the device for distributing liquid and gas to the tangentially distributing nozzles ensures rotational-translational movement of gas, as well as uniform distribution of liquid on the surface of the contact pipe at the exit of the annular gap, which increases the efficiency of mass transfer (positive, intensifying effect of rotational-translational gas movement on the process mass transfer is well known).

Установка заглушки на верхних торцах пластин с отверстиями и вставок на боковых торцах пластин обеспечивает возможность создания каналов для беспрепятственного прохода жидкости, что устраняет образование осадков, увеличивает производительность по жидкости и удлиняет продолжительность работы аппарата.The installation of a plug on the upper ends of the plates with holes and inserts on the lateral ends of the plates provides the possibility of creating channels for unhindered passage of fluid, which eliminates the formation of precipitation, increases the productivity of the fluid and extends the life of the apparatus.

Размещение нижних концов пластин в кольцевом зазоре, образованном контактной трубой и распределительным патрубком, позволяет подводить большое количество жидкости (под напором) из камеры для ввода жидкости в кольцевой зазор, обеспечивая эффективную работу аппарата (в противном случае будет происходить затопление камеры для ввода газа жидкостью, что не допустимо).Placing the lower ends of the plates in the annular gap formed by the contact tube and the distribution pipe allows you to supply a large amount of liquid (under pressure) from the fluid inlet chamber to the annular gap, ensuring the efficient operation of the apparatus (otherwise flooding of the chamber for gas inlet with liquid will occur, which is not permissible).

Выполнение отверстий в распределительном патрубке обеспечивает проход части жидкости в полость патрубка, обеспечивая тем самым дополнительную зону контакта газа с жидкостью, что повышает эффективность массообмена.The holes in the distribution pipe allows a part of the liquid to pass into the cavity of the pipe, thereby providing an additional zone of gas contact with the liquid, which increases the efficiency of mass transfer.

На фиг.1 изображен общий вид пленочного аппарата; на фиг.2 - газожидкостный распределитель, установленный между горизонтальными перегородками; на фиг.3 - разрез газожидкостного распределителя по сечению А-А при радиальном размещении пластин; на фиг.4 - разрез газожидкостного распределителя по сечению А-А при тангенциальном размещении пластин; на фиг.5 - вид Б газожидкостного распределителя.Figure 1 shows a General view of the film apparatus; figure 2 - gas-liquid dispenser installed between horizontal partitions; figure 3 is a section of a gas-liquid distributor along the cross-section aa with the radial placement of the plates; figure 4 is a section of a gas-liquid distributor along section aa with the tangential placement of the plates; figure 5 is a view B of a gas-liquid dispenser.

Пленочный аппарат состоит из корпуса 1, горизонтальных перегородок 2, делящих аппарат на камеры для ввода жидкости 3 и газа 4 и камеры вывода газа и жидкости 5. На корпусе аппарата размещен люк-лаз 7, штуцера для ввода жидкости 6, ввода газа 8, вывода жидкости 9 и вывода газа 10. На нижней горизонтальной перегородке 2 закреплены контактные трубы 11, в которых установлены распределительные патрубки 12 и винтовая спираль 13. Между горизонтальными перегородками 2 соосно с контактными трубами 11 и распределительными патрубками 12 установлены газожидкостные распределители 14, состоящие из пластин 15, размещенных радиально либо тангенциально к распределительному патрубку 12, с образованием щелей 16 для прохода газа. Верхние торцы пластин снабжены заглушкой 17, закрепленной на горизонтальной перегородке 2, а нижние концы пластин опущены в кольцевой зазор 18, образованный внутренней поверхностью контактной трубы 11 и наружной поверхностью распределительного патрубка 12, причем ряд пластин попарно снабжен с боковых торцов вставками 19, образующими совместно с пластинами каналы для прохода жидкости 20, полость которых сообщена с камерой для ввода жидкости отверстиями 21, выполненными в заглушке 17. На поверхности распределительных патрубков выполнены отверстия для прохода жидкости 22.The film apparatus consists of a housing 1, horizontal partitions 2, dividing the apparatus into chambers for introducing liquid 3 and gas 4 and a chamber for withdrawing gas and liquid 5. On the casing of the apparatus there is a manhole 7, a fitting for introducing fluid 6, introducing gas 8, output liquid 9 and gas outlet 10. On the lower horizontal partition 2, contact tubes 11 are fixed, in which distribution pipes 12 and a spiral spiral 13 are installed. Between the horizontal partitions 2, gas-liquid are installed coaxially with the contact pipes 11 and distribution pipes 12 e valves 14, consisting of plates 15 placed radially or tangentially to the distribution pipe 12, with the formation of slots 16 for the passage of gas. The upper ends of the plates are equipped with a plug 17 mounted on the horizontal partition 2, and the lower ends of the plates are lowered into the annular gap 18, formed by the inner surface of the contact pipe 11 and the outer surface of the distribution pipe 12, and a number of plates are pairwise provided with lateral ends of the inserts 19, forming together with plates channels for the passage of fluid 20, the cavity of which is in communication with the chamber for introducing fluid holes 21 made in the plug 17. On the surface of the distribution pipes are made open Ia fluid passage 22.

Пленочный аппарат работает следующим образом.The film apparatus operates as follows.

Жидкость через штуцер 6 поступает в камеру 3, а оттуда через отверстия 21 в заглушке 17 проходит в каналы 20, заполняет кольцевой зазор 18, а затем беспрепятственно стекает вниз по внутренней поверхности контактных труб в виде сплошного жидкостного слоя, совершающего вращательно-поступательное движение, интенсивно перемешивается, обтекая витки винтовой спирали и контактируя с газом. Газ через штуцер 8 поступает в камеру 4, проходит через щели 16 для прохода газа в полость распределительных патрубков 12, а затем в контактные трубы 11. В случае установки пластин тангенциально к боковой поверхности распределительного патрубка газ, проходя через щели 16, приобретает вращательно-поступательное движение, а при выходе из распределительных патрубков 12 обеспечивает равномерное распределение жидкости по периметру трубы, предотвращает срыв жидкости при входе из кольцевого зазора, интенсифицирует процесс массообмена. При наличии отверстий 22 на боковой поверхности распределительных патрубков 12 часть жидкости из кольцевого зазора поступает в полость распределительных патрубков, обеспечивая тем самым дополнительный контакт газа с каплями жидкости, что интенсифицирует процесс массообмена (увеличивая количество растворенного газа в жидкости).The fluid through the nozzle 6 enters the chamber 3, and from there through the openings 21 in the plug 17 it passes into the channels 20, fills the annular gap 18, and then flows freely down the inner surface of the contact tubes in the form of a continuous fluid layer, performing a rotational-translational movement, intensively mixes, flowing around the coils of a helical spiral and in contact with the gas. Gas through the nozzle 8 enters the chamber 4, passes through the slots 16 for gas to pass into the cavity of the distribution pipes 12, and then into the contact pipes 11. In the case of installing the plates tangentially to the side surface of the distribution pipe, the gas passing through the slots 16 acquires a rotational-translational movement, and when leaving the distribution nozzles 12 provides a uniform distribution of fluid around the perimeter of the pipe, prevents fluid stall at the entrance from the annular gap, intensifies the mass transfer process. If there are holes 22 on the side surface of the distribution pipes 12, part of the liquid from the annular gap enters the cavity of the distribution pipes, thereby providing additional gas contact with liquid droplets, which intensifies the mass transfer process (increasing the amount of dissolved gas in the liquid).

Использование заявляемого пленочного аппарата позволяет увеличить продолжительность работы аппарата, производительность по жидкости и повысить эффективность массообмена, что снижает металлоемкость и габариты аппарата, текущие затраты, а следовательно, и себестоимость выпускаемого продукта.The use of the inventive film apparatus allows to increase the duration of the apparatus, liquid performance and increase the efficiency of mass transfer, which reduces the metal consumption and dimensions of the apparatus, current costs, and therefore the cost of the manufactured product.

Источники информацииSources of information

1. Авторское свидетельство СССР №1801540, В 01 D 3/26, 1993 г. Бюл. №10.1. USSR author's certificate No. 1801540, 01 D 3/26, 1993 Bull. No. 10.

2. Авторское свидетельство СССР №1719009, В 01 D 3/26, 1992 г. Бюл. №10.2. USSR Author's Certificate No. 1719009, 01 D 3/26, 1992, Bull. No. 10.

Claims

1. The film apparatus, comprising a housing with technological fittings, divided by horizontal partitions into chambers for input and output of liquid and gas, contact pipes equipped with distribution pipes and screw spirals, characterized in that between the horizontal partitions forming a chamber for introducing gas coaxially with contact pipes and distribution pipes mounted on the lower horizontal partition, gas-liquid distributors are installed, consisting of plates placed radially to distribution pipe with the formation of slots for the passage of gas, the upper ends of the plates are equipped with a plug fixed to the horizontal partition, and the lower ends of the plates are lowered into the annular gap formed by the inner surface of the contact pipe and the outer surface of the distribution pipe, with at least two adjacent plates provided from the side the ends with inserts, which together with the plates form a channel for the passage of fluid, the cavity of which is in communication with the chamber for introducing fluid through openings stub.

2. The film apparatus according to claim 1, characterized in that the distribution pipe has openings for the passage of fluid into the pipe.

3. The film apparatus according to claims 1 and 2, characterized in that the plates of the gas-liquid distributor are placed tangentially relative to the side surface of the distribution pipe.